Isı kayıplarını elektriğe dönüştürebilen sürdürülebilir ve geri dönüştürülebilir termoelektrik nano kağıt
03/2019
Yeni araştırmalar, ortamdaki ısı enerjisini, elektrik enerjisine dönüştürebilen termoelektrik malzemelere olan umutları arttırıyor.
Barselona Malzeme Bilimi Enstitüsü'ndeki araştırmacılar (ICMAB-CSIC), Energy & Environmental Science (Enerji ve Çevre Bilimi) dergisinde yayınlanan yeni bir termoelektrik malzeme kavramını geliştirdiler. Bu malzeme, laboratuarda sürdürülebilir ve çevredostu teknikler kullanılarak, bakteriler tarafından üretilen selülozun, az miktarda iletken nano malzeme: karbon nanotüpler ile birleştirilmesiyle oluşturulan bir cihaz.
Çalışmanın araştırmacısı Mariano Campoy-Quiles, “Enerji için bir malzeme yapmak yerine onu işliyoruz” diye açıklıyor. "Şeker ve karbon nanotüpleri içeren sulu bir kültür ortamında dağılan bakteriler, karbon nanotüplerin gömülü olduğu cihazı meydana getiren nanoselüloz liflerini üretiyor" diye devam ediyor Campoy-Quiles.
Bu çalışmanın araştırmacılarından Anna Laromaine, “Selüloz fiber sayesinde, dayanıklı, esnek ve bozunabilir bir malzeme, karbon nanotüpleri sayesinde ise, yüksek elektrik iletkenliği olan bir malzeme elde ediyoruz” diyor. Çalışmanın bir diğer araştırmacısı Anna Roig, “Amaç, çevre için toksik olmayan, küçük miktarlarda kullanılan, geri dönüştürülebilen ve yeniden kullanılabilen sürdürülebilir malzemeler kullanarak döngüsel ekonomi (circular economy) kavramına yaklaşmak” olduğunu ifade ederken “Cihaz sürdürülebilir ve geri dönüştürülebilir malzemelerden yapılmış ve katma değeri yüksek " olduğunu belirtti.
Roig, "Bu malzeme içeriğinde bulunan sentetik polimerlerinden ötürü, diğer termoelektrik malzemelere kıyasla daha yüksek bir termal stabiliteye sahip olup, 250 ° C sıcaklıklara ulaşılmasına izin verir. Ayrıca, cihaz toksik elementler kullanmaz ve selüloz, onu glikoza dönüştüren enzimatik bir işlemle kolayca bozunup, geri dönüştürülebildiği için, cihazın en pahalı elemanı olan karbon nanotüpleri geri kazanılır. Dahası, malzemenin kalınlığı, rengi ve saydamlığı kontrol edilebilir.” dedi.
Campoy-Quiles, karbon nanotüplerinin boyutları için seçildiğini açıklıyor: "Nano ölçekli çapları ve birkaç mikron uzunlukları sayesinde, karbon nanotüpleri, çok düşük miktarlarda hatta %1 oranında kullanılsa dahi , elektrik akımına, yani malzeme içinden kesintisiz olarak elektriksel yüklerin geçmesine izin veriyor. Böylece, selüloz malzemesinin iletken olması sağlanıyor. Buna ilaveten, bu kadar az miktarda nanotüpün (en fazla% 10'a kadar) kullanımı, malzemenin genel verimliliğini %100 korurken, süreci çok ekonomik ve enerji açısından verimli kılıyor. ”
Roig, “Öte yandan, karbon nanotüplerinin boyutlarının, selüloz nanofiberlerinin boyutlarına benzer olması, malzeme üzerinde homojen bir dağılım ile sonuçlanıyor. Ek olarak, bu nanomalzemelerin kullanılması, selülozu daha esnek ve daha dirençli bir malzeme yapıyor.” dedi.
Campoy-Quiles açıklıyor: Bu cihazlar, nesnelerin internetinden (Internet of Things) tarıma kadar, besleme sensörleri (feed sensors) ile artık/israf edilen ısıdan elektrik üretmek için kullanılabilir. “Yakın gelecekte, örneğin tıbbi veya spor aktivitelerde giyilebilir cihazlar olarak kullanılabilirler. Ve, verimlilik daha da optimize edilirse, bu malzemeler, akıllı termal yalıtkanlara veya hibrit fotovoltaik-termoelektrik enerji üretim sistemlerine dönüşebilir.”
Roig, "Selülozun yüksek esnekliği ve ölçeklenebilirliği (scalability) sayesinde, artık ısı kaynağının alışılmadık formlara veya geniş alanlara sahip olduğu durumlarda, ısı kaynakları bu cihazlar ile tamamen kaplanarak kullanılabilir." diyor.
Bakteriyel selüloz kolayca üretildiğinden, bu teknoloji, cihaz kullanıcılarının kendi elektrik jeneratörlerini üretebilecekleri yeni bir enerji yaklaşımına doğru atılan ilk adım olabilir.